第 1 章半导体器 件 习题及答案
第1章半导体器件 一、是非题（注：请在每小题后［］内用” V"表示对，用” X "表示错） 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（） 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（） 3、在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。（） 4、P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） 5、N型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（） 6半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（） 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。（） 12、由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。（） 13、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述 二极管的反向击穿特性。（） 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。 （） 16、有人测得某晶体管的U BE=0.7V, I B=20^A,因此推算出r be=U BE/|B=0.7V/20 卩A=35k Q（）
17、 有人测得晶体管在U BE =0.6V , I B =5^A,因此认为在此工作点上的r be 大约为 26mV/l B =5.2k ◎（） 18、 有人测得当U BE =0.6V , I B =10^A O 考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到 、选择题 （注：在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处 .1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中 __________ 载流子 A.有 B.没有 C.少数 D.多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生 ___________ F 很大关系。A.温度B. 掺杂工艺C.杂质浓度C.晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 _____ 漂移电流，耗尽层 _____ 。当PN 结 外加反向电压 时，扩散电流 _____ 漂移电流，耗尽层 ____ 。 A.大于B.小于C.等于D.变宽E.变窄F.不变 8、二极管正向电压从0.7V 增大15%时，流过的电流增大 ________ 。（ A 1. 15% B 1 ?大于 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2 U BE 1 B 0.6 0 10 0 60(k ) ,多选或不选按选错论） A.负离子 B. 空穴 C. 3、 半导体中的载流子为 ________ 。 空穴 4、 N 型半导体中的多子是 ________ < 5、 P 型半导体中的多子是 _________ < &在杂质半导体中，多数载流子的浓度 度则与 ______ 有 正离子 D. 电子-空穴对 \.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子和 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 _____ ，而少数载流子的浓
第二章 1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解：)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp＝τn＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。 解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ，cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + =
I S =A*J S =1.0*10-16A 。 ＋0.7V 时，I ＝49.3μA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm，空穴扩散长度为5μm。 解：P ＋ >>n ，正向注入：0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ，得： ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm，计算此时击穿电压。 解：m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=（ ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时，V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--＝ 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018，1016，1015cm －3，基区宽度W B 为1.0μm，器件截面积为3mm 2。当发射区－基区结上的正向偏压为0.5V ，集电区－基区结上反向偏压为5V 时，计算
电力电子变流技术试题汇总 （第一章 电力半导体器件） 一、填空题 1.晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是，阳极、门极和__阴__极。 2.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，是晶闸管允许连续通过__工频__正弦半波电流的最大平均值。 3.处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极承受正向电压，且__门极加上正向电压 _时，才能使其开通。 4.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，条件要求环境温度为_+400__。 5.对同一只晶闸管，断态不重复电压U DSM 与转折电压U BO 数值大小上有U DSM __小于_U BO 。 6..对同一只晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L 在数值大小上有I L _≈（2～4）_I H 。 7..晶闸管反向重复峰值电压等于反向不重复峰值电压的_90%___。 8.普通逆阻型晶闸管的管芯是一种大功率__四__层结构的半导体元件。 9.可关断晶闸管（GTO ）的电流关断增益βoff 的定义式为min off G A I I -= β。 10.晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为____擎住电流 I L __。 11..晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压U DRm 和反向重复峰值电压U RRm 中较_小__的规化值。 12.普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用__有效值_标定。
13.普通晶闸管属于__半控型_器件，在整流电路中，门极的触发信号控制晶闸管的开通，晶闸管的关断由交流电源电压实现。 14.IGBT的功率模块由IGBT和_快速二极管_芯片集成而成。 15.对于同一个晶闸管，其维持电流I H_ 小于_擎住电流I L。 16.2.可用于斩波和高频逆变电路，关断时间为数十微秒的晶闸管派生器件是__快速晶闸管____。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是__智能功率集成电路（SPIC）。 18.晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM_＝90% U BO。 19.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用_快速__型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。 20.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是__解决静态不均压__措施。 21.晶闸管断态不重复峰值电压U DSM与断态重复峰值电压U DRM数值大小上应有U DSM__小于__U DRM。 22.波形系数可以用来衡量具有相同的平均值，而波形不同的电流有效值_的大小程度。 23.当晶闸管_阳极加反向电压_时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在关断状态。 24.逆导型晶闸管是将逆阻型晶闸管和__大功率二极管__集成在一个管芯上组成的。 25.当晶闸管阳极承受__反向电压_时，不论门极加何种极性的触发信号，管子都处于断态。 26.使已导通的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至H_以下。 27.在双向晶闸管的4+_方式的触发灵敏度最低。
第四章半导体中载流子的输运现象 在前几章我们研究了热平衡状态下，半导体导带和价带中的电子浓度和空穴浓度。我们知道电子和空穴的净流动将会产生电流，载流子的运动过程称谓输运。半导体中的载流子存在两种基本的输运现象：一种是载流子的漂移，另一种是载流子的扩散。由电场引起的载流子运动称谓载流子的漂移运动；由载流子浓度梯度引起的运动称谓载流子扩散运动。其后我们会将会看到，漂移运动是由多数载流子（简称多子）参与的运动；扩散运动是有少数载流子（简称少子）参与的运动。载流子的漂移运动和扩散运动都会在半导体內形成电流。此外，温度梯度也会引起载流子的运动，但由于温度梯度小或半导体的特征尺寸变得越来越小，这一效应通常可以忽略。载流子运动形成电流的机制最终会决定半导体器件的电流一电压特性。因此，研究半导体中载流子的输运现象非常必要。 4.1漂移电流密度 如果导带和价带都有未被电子填满的能量状态，那么在外加 作用下使载流子产生的运动称为“漂移运动”。载流子电荷的净 如果电荷密度为P的正方体以速度4运动，则它形成的电流 密度为 ^drf = P U d（°」）
其中°的单伎为C?cm~3, J drf的单位是Acm~2或C/cnr?s。 若体电荷是带正电荷的空穴，则电荷密度p = ep , e为电荷电量^=1.6X10-,9C（^仑），〃为载流子空穴浓度，单位为⑵尸。则空穴的漂移电流密度打场可以写成：丿"爾=⑷）％（4.2） %表示空穴的漂移速度。空穴的漂移速度跟那些因素有关呢？ 在电场力的作用下，描述空穴的运动方程为 F = m a = eE（4.3） p ￡代表电荷电量，d代表在电场力F作用下空穴的加速度，加;代表空穴的有效质量。如果电场恒定，则空穴的加速度恒定，其漂移速度会线性增加。但半导体中的载流子会与电离杂质原子和热振动的晶格原子发生碰撞或散射，这种碰撞或散射改变了带电粒子的速度特性。在电场的作用下，晶体中的空穴获得加速度，速度增加。当载流子同晶体中的原子相碰撞后，载流子会损失大部分或全部能量，使粒子的速度减慢。然后粒子又会获得能量并重新被加速，直到下一次受到碰撞或散射，这一过程不断重复。因此，在整个过程粒子将会有一个平均漂移速度。在弱电场的情况下，平均漂移速度与电场強度成正比（言外之意，在强电场的情况下，平均漂移速度与电场强度不会成正比）。 S—E（4.4） 其中竹咼空穴迁移率，载流子迁移率是一个重要的参数，它描述了粒子在电场作用下的运动情况，迁移率的单位为cnr/V.s.将 式(4.4)带入(4.2),可得出空穴漂移电流密度的表达式：
第一章 PN结 1.1 PN结是怎么形成的？ 耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。 空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。 p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn 结不加电压下呈电中性。 1.2 PN结的能带图（平衡和偏压） 无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。 1.3 内建电势差计算 N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。
1.4 空间电荷区的宽度计算 n d p a x N x N = 1.5 PN 结电容的计算 第二章 PN 结二极管 2.1理想PN 结电流模型是什么？ 势垒维持了热平衡。 反偏：n 区相对于p 区电势为正，所以n 区内的费米能级低于p 区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn 结上基本没有电流流动。 正偏：p 区相对于n 区电势为正，所以p 区内的费米能级低于n 区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p 区，所以pn 结内就形成了一股由n 区到p 区的电子和p
区到n 区的空穴。电荷的流动在pn 结内形成了一股电流。 过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p 区内，注入的电子增加了p 区少子电子的浓度。 2.2 少数载流子分布（边界条件和近似分布） 2.3 理想PN 结电流 ?? ????-??? ??=1exp kT eV J J a s ?? ? ? ? ?+=+= 0020 11p p d n n a i n p n p n p s D N D N en L n eD L p eD J ττ 2.4 PN 结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）？ 扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个增量电阻，即扩散电阻。 扩散电容：在直流电压上加一个很小的交流电压，随着外加正偏电压的改变，穿过空间电荷区注入到n 区内的空穴数量也发生了变化。P 区内的少子电子浓度也经历了同样的过程，n 区内的空穴与p 区内的电子充放电过程产生了电容，即扩散电容。
第1章半导体器件 一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错) 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（） 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（） 3、在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。（） 4、P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） 5、N型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（） 6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（） 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。（） 12、由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。（） 13、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。（） 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。（） 16、有人测得某晶体管的U BE=，I B=20μA，因此推算出r be=U BE/I B=20μA=35kΩ。（） 17、有人测得晶体管在U BE=，I B=5μA，因此认为在此工作点上的r be大约为26mV/I B=Ω。（） 18、有人测得当U BE=，I B=10μA。考虑到当U BE=0V时I B=0因此推算得到
0.60 60()100 BE be B U r k I ?-= ==Ω?- （ ） 二、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3、半导体中的载流子为_________。 A.电子 B.空穴 C.正离子 D.电子和空穴 4、N 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 5、P 型半导体中的多子是_________。A.电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 6、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 ，而少数载流子的浓度则与 有 很大关系。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 C. 晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。当PN 结外加反向电压 时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 。 A.大于 B.小于 C.等于 D.变宽 E.变窄 F.不变 8、二极管正向电压从增大15%时，流过的电流增大_______。（A 1．15% B 1．大于 15% C 1．小于15%）当流过二极管的电流一定，而温度升高时，二极管的正向电压______。（A 2．增大B 2．减小；C 2．基本不变） 9、温度升高时，二极管的反向伏安特性曲线________。（A 1．上移 B 1．下移 C 1．不变）说 明此时反向电流________。（A 2．减小 B 2．增大 C 2．不变）. 10、在下图所示电路中，当电源V=5V 时，测得I=1mA 。若把电源电压调整到V=10V ，则电流的
第四章 半导体中载流子的输运现象 在前几章我们研究了热平衡状态下，半导体导带和价带中的电子浓度和空穴浓度。我们知道电子和空穴的净流动将会产生电流，载流子的运动过程称谓输运。半导体中的载流子存在两种基本的输运现象：一种是载流子的漂移，另一种是载流子的扩散。由电场引起的载流子运动称谓载流子的漂移运动；由载流子浓度梯度引起的运动称谓载流子扩散运动。其后我们会将会看到，漂移运动是由多数载流子（简称多子）参与的运动；扩散运动是有少数载流子（简称少子）参与的运动。载流子的漂移运动和扩散运动都会在半导体内形成电流。此外，温度梯度也会引起载流子的运动，但由于温度梯度小或半导体的特征尺寸变得越来越小，这一效应通常可以忽略。载流子运动形成电流的机制最终会决定半导体器件的电流－电压特性。因此，研究半导体中载流子的输运现象非常必要。 4.1漂移电流密度 如果导带和价带都有未被电子填满的能量状态，那么在外加电场的作用下，电子和空穴将产生净加速度和净移位。电场力的作用下使载流子产生的运动称为“漂移运动”。载流子电荷的净漂移会产生“漂移电流”。 如果电荷密度为ρ的正方体以速度d υ运动，则它形成的电流 密度为 ()4.1d r f d J ρυ =
其中ρ的单位为3 C cm - ，drf J 的单位是2 Acm -或2 /C cm s 。 若体电荷是带正电荷的空穴，则电荷密度ep ρ=，e 为电荷电 量19 1.610 (e C -=?库仑） ，p 为载流子空穴浓度，单位为3 cm -。则空穴 的漂移电流密度/p drf J 可以写成： ()()/ 4.2p drf dp J ep υ= dp υ表示空穴的漂移速度。空穴的漂移速度跟那些因素有关呢？ 在电场力的作用下，描述空穴的运动方程为 ()* 4.3p F m a eE == e 代表电荷电量，a 代表在电场力F 作用下空穴的加速度，* p m 代 表空穴的有效质量。如果电场恒定，则空穴的加速度恒定，其漂移速度会线性增加。但半导体中的载流子会与电离杂质原子和热振动的晶格原子发生碰撞或散射，这种碰撞或散射改变了带电粒子的速度特性。在电场的作用下，晶体中的空穴获得加速度，速度增加。当载流子同晶体中的原子相碰撞后，载流子会损失大部分或全部能量，使粒子的速度减慢。然后粒子又会获得能量并重新被加速，直到下一次受到碰撞或散射，这一过程不断重复。因此，在整个过程粒子将会有一个平均漂移速度。在弱电场的情况下，平均漂移速度与电场强度成正比（言外之意，在强电场的情况下，平均漂移速度与电场强度不会成正比）。 ()4.4dp p E υμ= 其中p μ是空穴迁移率，载流子迁移率是一个重要的参数，它描述了粒子在电场作用下的运动情况，迁移率的单位为2 /cm V s 。将
4第1章自测题、习题解答 自测题1 一、选择题 1. 在半导体材料中，本征半导体的自由电子浓度 空穴浓度。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 2. PN 结在外加正向电压时，其载流子的运动中，扩散 漂移。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 3. N 型半导体的多数载流子是电子，因此它 。 A. 带负电荷 B. 带正电荷 C. 呈中性 4. 处于放大状态的晶体管，集电结的载流子运动形式 运动。 A. 只有漂移 B.只有扩散 C.兼有漂移和扩散 5. 当环境温度增加时，稳压二极管的正向电压将 。 A.增大 B. 减小 C.不变 解：1、C 2、A 3、C 4、A 5、B 二、判断题 1．PN 结加上反向电压时电流很小，是因为空间电荷减少了。（ ） 2．当共射晶体管的集电极电流几乎不随集—射电压的变化而改变时，则称晶体管工作在饱和状态。（ ） 3．P 型半导体中空穴占多数，因此它带正电荷。（ ） 4．晶体管有电流放大作用，因此它具有能量放大作用。（ ） 5. 二极管正向偏置时，PN 结的电流主要是多数载流子的扩散运动。（ ） 6. 结型场效应管的漏源电压u DS 大于夹断电压U P 后，漏极电流i D 将为零。（ ） 解：1、× 2、× 3、× 4、× 5、√ 6、× 三、二极管电路如图T1－3所示，写出各电路的输出电压值。设u D =0.7V 。 (a) (b) (c)
D +5V -R +U O4--3V + D +5V -R +U O5--3V + D -3V +R + U O6- -5V + (d) (e) (f) 图T1－3 解： (a) 二极管截止，故u o1 =0V （b ）二极管导通，故u o2 =5－0.7=4.3V (c) 二极管导通，故u o3 =3＋0.7=3.7V (d) 二极管截止，故u o4=5V (e) 二极管导通，故u o5 =0.7－3=－2.3V (f) 二极管截止，故u o6 =－3V 四、稳压二极管电路如图T1－4所示，已知D Z1、D Z2的稳定电压分别为U Z1=5V ， U Z2 =8V ，试求输出电压U O1，U O2。 (a) (b) 图T1－4 解： （a ）u o1 =15－U Z1－U Z2＝2V （b ）D Z2两端的电压小于其反向击穿电压8V ，故D Z2截止，u o2 =0V 五、电路如图T1－5所示，设U CC =10V ，=100，U BE =0.7V ，U CES =0V 试问： 1. R B =100K Ω，U BB =3V 时，I C =？ 解：30.7 23100 BB BE B B U U I A R μ--= == 10023 2.3C B I I mA β==?= 2. U BB =2V 时，U O =5V 时，R B =？ +U BB -R B R C 5k W U CC T +U - +U i =15V -+U O1- D Z1 R 1 R 2 D Z2 + U i =15V - +U O2- D Z1 R 2 D Z2
第四章 金属-半导体结 4-1． 一硅肖脱基势垒二极管有0.01 cm 2的接触面积，半导体中施主浓度为1016 cm 3?。 设V 7.00=ψ，V V R 3.10=。计算 （a ）耗尽层厚度， （b ）势垒电容，（c ）在表面处的电场 4-2． （a ）从示于图4-3的GaAs 肖脱基二极管电容-电压曲线求出它的施主浓度、自建电 势势垒高度。 (b) 从图4-7计算势垒高度并与（a ）的结果作比较。 4-3． 画出金属在P 型半导体上的肖脱基势垒的能带结构图，忽略表面态，指出（a ）s m φφ> 和（b ）s m φφ<两种情形是整流节还是非整流结，并确定自建电势和势垒高度。 4-4． 自由硅表面的施主浓度为15310cm ?，均匀分布的表面态密度为122110ss D cm eV ??=， 电中性级为0.3V E eV +，向该表面的表面势应为若干？提示：首先求出费米能级与电中性能级之间的能量差，存在于这些表面态中的电荷必定与表面势所承受的耗尽层电荷相等。 4-5． 已知肖脱基二极管的下列参数：V m 0.5=φ，eV s 05.4=χ，31910?=cm N c ， 31510?=cm N d ，以及k=11.8。假设界面态密度是可以忽略的，在300K 计算： （a ）零偏压时势垒高度，自建电势，以及耗尽层宽度。 (b)在0.3v 的正偏压时的热离子发射电流密度。 4-6．在一金属-硅的接触中，势垒高度为eV q b 8.0=φ,有效理查逊常数为222/10*K cm A R ?=，eV E g 1.1=，31610?=cm N d ，以及31910?==cm N N v c 。 （a ）计算在300K 零偏压时半导体的体电势n V 和自建电势。 （b ）假设s cm D p /152=和um L p 10=，计算多数载流子电流对少数载流子电流的注 入比。 4-7． 计算室温时金-nGaAs 肖脱基势垒的多数载流子电流对少数载流子电流的比例。已知施主浓度为10153?cm ，um L p 1=，610p s τ?=，以及R R 068.0*=。 4-8． 在一金属-绝缘体势垒中，外电场ε=104V/cm ，介电常数为（a ）4,()12,k b k ==计 算φΔ和m x ，将所得的结果与4－3节中的例题进行比较。 4-9． 在一金属一绝缘体势垒中，外加电场cm V E ext /104 =，介电常数为（a ）k=4及(b) k=12，
第1章 半导体器件 一、是非题 (注:请在每小题后[ ]用"√"表示对,用"×"表示错) 1、P 型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。（ ） 2、N 型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。（ ） 3、在N 型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P 型半导体。（ ） 4、P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。（ ） 5、N 型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。（ ） 6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。（ ） 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。（ ） 8、施主杂质成为离子后是正离子。（ ） 9、受主杂质成为离子后是负离子。（ ） 10、PN 结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。（ ） 11、漂移电流是少数载流子在电场作用下形成的。（ ） 12、由于PN 结交界面两边存在电位差，所以，当把PN 结两端短路时就有电流流过。（ ） 13、PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。（ ） 15、通常的BJT 管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。（ ） 16、有人测得某晶体管的U BE =0.7V ，I B =20μA，因此推算出r be =U BE /I B =0.7V/20μA=35kΩ。（ ） 17、有人测得晶体管在U BE =0.6V ，I B =5μA，因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =5.2kΩ。（ ） 18、有人测得当U BE =0.6V ，I B =10μA。考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到 0.6060()100BE be B U r k I ?-===Ω?- （ ） 二、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2、在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3、半导体中的载流子为_________。 A.电子 B.空穴 C.正离子 D.电子和空穴
半导体器件物理(1)
半导体器件物理(I ) 在E-M2模型基础上进一步考虑晶体管的二阶效应，包括基区宽度调制、小电流下复合电流的影响、大注入效应等，就成为E-M3模型. 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 1.基区宽度调制效应(Early 效应) 按照器件物理描述的方法，正向放大应用情况下，采用正向Early 电压V A （记为VA ）描述c’-b’势垒区两端电压Vc’b’对有效基区宽度X b 的影响，进而导致I S 、βF 等器件特性参数的变化。 同样引入反向Early 电压（记为VB ）描述反向放大状态下Ve’b’的作用。 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 考虑基区宽变效应引入两个模型参数： 正向Early 电压VA 反向Early 电压VB 这两个模型参数的默认值均为无穷大。 若采用其内定值，实际上就是不考虑基区宽度调制效应。 考虑基区宽变效应等效电路并不发生变化。 第6章BJT模型和BJT版图1.基区宽度调制效应(Early 效应) 6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件物理(I ) 小电流下正偏势垒区存在的复合和基区表面复合效应使基极电流增大。引入下述基区复合电流项描述正向放大情况下be 结势垒区的影响： I 2＝I SE [exp(qV b’e’/Ne kT)-1] 反向放大情况下引入下述基区复合电流描述bc 结势垒区的影响： I 4＝I SC [exp(qV b’c’/Nc kT)-1] 相当于等效电路中I B 增加两个电流分量。 2.小电流下势垒复合效应的表征 第6章BJT模型和BJT版图6-1 E-M 模型 四、E-M3模型
半导体器件 物理进展 第六章其它特殊半导体器件简介Introduction to other Special Semiconductor Devices
本章内容提要： LDMOS、VDMOS等高压功率器件 IGBT功率器件简介 SOI器件与集成电路 电荷耦合器件的原理与应用
1. LDMOS、VDMOS功率器件 （1）MOSFET作为功率器件的优势： MOSFET为多子（多数载流子）器件，电流温度系数为负值（由迁移率随温度的变化引起），不会发生双极型功率器件的二次击穿现象（由Iceo，β随温度的升高而引起）； 没有少子（少数载流子）的存贮效应，开关响应速度较快； 栅极输入阻抗较高，所需的控制功率较小； 具有一定的功率输出能力，可与控制电路集成在一起，形成Smart Power IC，例如LCD显示器的高压驱动电路（Driver）。
（2）MOSFET的击穿特性： （A）导通前的击穿： 源漏穿通： 早期的解释：随着源漏电压增大，→源漏耗尽区不断展宽，直至相碰到一起，→导致发生源漏穿通效应（这里仍然采用的是平面PN结耗尽区的概念，尽管可能不是十分准确）； 目前的理解：由于DIBL效应引起的源漏穿通，与器件的沟道长度及沟道掺杂分布有关，其特点是（与PN结的击穿特性相比）击穿特性的发生不是非常急剧，换句话说，器件的击穿特性不是十分陡直的硬击穿，而是比较平缓的软击穿特性。
漏端PN结击穿： 比单纯的非MOSFET漏区的PN结击穿电压要低（原因：受场区离子注入、沟道区调开启离子注入等因素的影响），由于侧向双极型晶体管的放大作用，使得BV PN 有所下降（类似BV CEO 小于BV CBO ），不同点在于MOS器件的衬底（相当于BJT器件的基区）不是悬空的，而是接地（只是接地电阻可能偏大），这种击穿特性的特点是雪崩电流的发生比较急剧，发生雪崩效应之前的反向电流也很小。 （B ）导通后的击穿：主要是由于侧向双极型晶体管效应所导致，特别是由于器件衬底电流的影响，将使源衬PN 结出现正偏现象，致使侧向双极型晶体管效应更为严重。
第1章半导体器件习题 1.什么是本征半导体？什么是杂质半导体？各有什么特点。 2.N型半导体是在本征半导体中掺入____价元素，其多数 载流子是____ ，少数载流子是____。 3.Ｐ型半导体是在本征半导体中掺入___价元素，其多数 载流子是____，少数载流子是____。 4.在室温附近，温度升高，杂志半导体中____的浓度将明 显增加。 5. 什么是载流子的扩散运动、漂流运动？他们的大小主 要与什么有关？ ６. 在室温下，对于掺入相同数量杂质的Ｐ型、N型半导体，其导电能力___。（ａ）二者相同；（ｂ）Ｎ型导电能力强；（ｃ）Ｐ型导电能力强；
７.PN结是如何形成的？在热平衡下，PN结中有无净电流流过？ 8.PN结中扩散电流的方向是____ ，漂移电流的方向是____ 。 9.PN结未加外部电压时，扩散电流____漂移电流；加正向 电压时，扩散电流____漂移电流，其耗尽层____；加反 向电压时，扩散电流____漂移电流,其耗尽层____； 10.什么是PN结的击穿现象？击穿有哪两种？击穿是否意味PN 结坏了？为什么？ 11.什么是PN结的电容效应？何谓势垒电容、扩散电容。PN 结正向运用时，主要考虑什么电容？反向运用时，主要考虑 何种电容？ 12.二极管的直流电阻R D和交流电阻r d有何不同？如何在伏安特性上表示？
14.稳压二极管是利用二极管的＿＿＿特性进行稳压的。（a ） 正向导通；（b ）反向截止；（c ）反向击穿 室温下，当正向电流分别为、 时估算其电阻的值 mA 2mA 1试推导二极管正向导通时的交流电阻 I U dI dU d T r = = mV U T 26=13.二极管的伏安特性方程为 ) 1(-=T U U e I I S D VD R ++_ _ ui uo 5V 15.二极管电路如图所示,已知输入电压,二极管的正向压降和反向电流均可忽略.试画出输出电压的波形. VD R ++_ _ ui uo VD R ++_ _ ui uo VD R + +_ _ ui uo 5V )(sin 30V t u i ω=o u (a) (b) (c) (d)
习题 1.1基本要求 1.正确理解以下基本概念：二极管的单向导电性，三极管的电流控制作用，场效应管的电压控制作用。 2.熟练掌握二极管、三极管、场效应管的外特性（V －A 特性曲线及方程）。 3.熟练掌握二极管、三极管、场效应管的模型。 4.熟悉二极管、三极管、场效应管的主要参数。 1-1 在图1-37所示的两个电路中，已知V sin 30i t u ω=，二极管的正向压降可忽略不计，试画出输出电压u o 的波形。 图1-37 题1-1图 解：根据题意知：当二极管加正偏电压时，可近似视为短路；加反偏电压时，可近似开路。即用二极管的理想模型分析问题，所以有： (a) 输出电压u o 的表达式： u o = u i =30sin ωt (V) u i ≥0 u o =0 u i < 0 电压传输曲线见图T1－2（a ），u o 、 u i 的波形见图T1－2（b ）。 (b) 输出电压u o 的表达式： u o =0 u i ≥0 u o = u i =30sin ωt (V) u i < 0 电压传输曲线见图T1－2（c ），u o 、 u i 的波形见图T1－2（d ）。 (a) (c)
(b) (d) 1-2 在图1-38所示电路中，V sin 30,V 10t e E ω==，试用波形图表示二极管上电压u D 。 图1-38 题1-2图 解 假设拿掉二极管 则二极管所在处的开路电压为V D V t 10sin 30+=ω 接入二极管后当开路电压大于零时二极管导通，二极管相当与短路线，二极管两端电压为0，开路电压小于零时，二极管相当与开路，二极管两端电压为开路电压 1-3 计算图1-39所示电路中流过二极管的电流I D ，设二极管导通时的正向压降U D =0.7V 。 V 5 图1.39 题1-3图 解：先拿掉二极管假设电路开路如下图所示 V 1105 2 5=?- =U 所以加上二极管后二极管处于导通状态，原电路等效为：
▲理想MOS 二极管的工作原理。（说明栅极电压分别为负，零及其正偏电压）。 答：当一理想MOS 二极管偏压为负时，半导体表面可能会出现三种情况，P 型半导体而言，当一负电压施加于金属平板上时，Si SiO -2界面将产生超量的空穴，接近半导体表面的能带向上弯曲，如图，对理想二极管而言，不论外加电压为多少，器件内部均无电流流动，所以半导体内部的费米能级将维持为一个常数，在半导体内部的载流子密度与能级差成指数关系，即____________________。 半导体表面向上弯曲的能带使得的能级差i F E E -变大，进而提升空穴的浓度，而在氧化层与半导体的界面处产生空穴堆积，称为积累现象。其相对应的电荷分布如图所示，当外加更大的正电压时，能带向下弯曲的更严重，使得表面的本征能级i E 越过费米能级F E ，如图，正栅极电压将在 Si SiO -2界面处吸引更多的负载流子（电子），半导体中电子的浓度与能 差i F E E -成指数关系，即_________________________________。 ▲MOS 二极管出现反型标志，强反型标志各是什么？出现强反型时，导电 沟道厚度特点。 答：①当外加一小量正电压于理想MOS 二极管时，靠近半导体表面的能带将向下弯曲，使i F E E =形成多数载流子（空穴）耗尽，称为耗尽现象。在半导体中，单位面积的空间电荷SC Q 的值为W qN A ，其中W 为表面耗 尽区的宽度。②图略 ③随着正偏电压的增大，Ef-Ei>0，在半导体表面上的电子浓度将 于i n ，而空穴浓度将小于i n ，即表面载流子呈现反型，称为反型现象。 ④起初，因电子浓度较小，表面处于弱反型的状态，当能带持续弯曲，使得导带的边缘接近费米能级，当靠近SiO2~Si 由界面的电子浓度等于衬底的掺杂量时，开始产生强反型，在此之后，大部分在半导体中额外的负电荷是由电子在很窄的n 型反型层（i x x ≤≤0）中产生的电荷Qn ，如图所示，组成，其中i x 为反型层的宽度，i x 典型值的范围从1nm~10nm ，且通常远远小于表面耗尽的区域。 ▲MOS 二极管半导体表面耗尽层厚度与半导体表面静电势之间的函数关系？在强反型时两者之间的函数关系呢？并弄够从泊松方程进行推导。 答：电势距离为函数，可由一维的泊松方程求得为______________________。 其中)(x s ρ为位于x 处的单位体积电荷密度，而s ε为介电常数。 下面采用耗尽近似法分析，p-n 结，当半导体耗尽区宽度达到W 时，半导体内的电荷为W qN A s -=ρ，积分泊松方程可得距离x 的函数的表面耗尽区的静电势分布：________。 表面电势______________。注意此电势分布与单边的n p -+ 结相同。当 B S ??>时表面即发生反型，然而，我们需要一个准则来表示强反型的起
第一章半导体器件 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节-----PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。（一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标
1.1 半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。 1.1.2 半导体的共价键结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下所示。硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
第一章 常用半导体器件 1.1 在晶体管放大电路中，测得晶体管的各个电极的电位如图1.1所示，该晶体管的类型是[ ] A. NPN 型硅管B. PNP 型硅管 C. NPN 型锗管 图D. PNP 型锗管 1.3V b 1.2 某三极管各个电极的对地电位如图1-2所示，可判断其工作状态是[ ] A. 饱和 B. 放大 C. 截止 图1.2 D. 已损坏 1.3 在如图1.3所示电路中，当电源V=5V 时，测得I=1mA 。若把电源电压调整到V=10V ，则电流的大小将是 [ ] A.I=2mA B.I<2mA C.I>2mA D.不能确定 图1.3 1.4 在如图1-7所示电路中电源V=5V 不变。当温度为20O C 时测得二极管的电压 U D =0.7V 。当温度上生到为40O C 时,则U D 的大小将是 [ ] A.仍等于0.7V B.大于0.7V C. 小于0.7V D.不能确定 图1.4 1.5 在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 [ ] A.温度 B.掺杂工艺 C.杂质浓度 D.晶体缺陷 1.6 对于同一个晶体管而言，反向电流最小的是 [ ] A.I CBO B.I CES C.I CER D.I CEO 1.7二极管的主要特性是 [ ] A.放大特性 B.恒温特性 C.单向导电特性 D.恒流特性
1.8 温度升高时，晶体管的反向饱和电流I CBO 将[ ] A.增大 B.减少 C.不变 D.不能确定 1.9 下列选项中，不属三极管的参数是[ ] A.电流放大系数β B.最大整流电流I F C.集电极最大允许电流I CM D.集电极最大允许耗散功率P CM 1.10 温度升高时，三极管的β值将 A.增大 B.减少 C.不变 D.不能确定 1.11 在N型半导体中，多数载流子是[ ] A. 电子 B. 空穴 C.离子 D. 杂质 1.12 下面哪一种情况二极管的单向导电性好[ ] A.正向电阻小反向电阻大 B. 正向电阻大反向电阻小 C.正向电阻反向电阻都小 D. 正向电阻反向电阻都大 1.13 在如图1.13所示电路中，设二极管的正向压降可以忽略不计，反向饱和 电流为0.1 mA, 反向击穿电压为25V且击穿后基本不随电流而变化，这时电路中的电流I等于[ ] A. 0.1 mA B. 2.5mA C. 5mA D. 15 mA 图 1.13 1.14 在P型半导体中，多数载流子是[ ] A. 电子 B. 空穴 C.离子 D. 杂质 1.15 下列对场效应管的描述中，不正确的是[ ] A 场效应管具有输入电阻高，热稳定性好等优点； B 场效应管的两种主要类型是MOSFET和JFET； C 场效应管工作时多子、少子均参与导电； D 场效应管可以构成共源、共栅、共漏这几种基本类型的放大器。 1.16 在放大电路中，场效应管应工作在漏极特性的[ ] A.可变电阻区 B.截止区 C.饱和区 D.击穿区 1.17 表征场效应管放大作用的重要参数是[ ] A.电流放大系数β B.跨导g m =ΔI D /ΔU GS C.开启电压U T D.直流输入电阻R GS